Ratgeber
Staub ist nicht nur lästig – er kann auch gefährlich sein. Und zwar dann, wenn er sehr fein auftritt. Ein solcher Feinstaub gefährdet die Gesundheit, beeinträchtigt Maschinen und Aggregate in ihren Funktionen.
In unserem Ratgeber erfahren Sie, was Feinstaub eigentlich ist, wo er herkommt und wie man ihn messen kann.
Feinstaub bezeichnet ein Gemisch aus winzigen festen Partikeln und kleinsten Tröpfchen, das in der Luft schwebt. Einige Teilchen wie Staub, Schmutz, Ruß oder Rauch sind verhältnismäßig groß oder dunkel genug, um mit dem bloßen Auge gesehen zu werden. Andere sind so klein, dass man sie nur mit einem Elektronenmikroskop erkennen kann. Feinstaubpartikel variieren aber nicht nur stark in ihrer Größe, sondern auch in ihrer Form und chemischen Zusammensetzung. Sie können anorganische Ionen, Metallverbindungen, elementaren Kohlenstoff, organische Verbindungen und Verbindungen aus der Erdkruste enthalten.
Zur Unterscheidung von normalem Staub wird Feinstaub nach dem Durchmesser der Teilchen definiert. Das Maß ist PM, die Abkürzung für particulate matter, zu Deutsch etwa Partikelmasse. In der Praxis sind drei Größen standardisiert: PM10, PM2,5 und MP1.
- PM10 steht für einen Partikeldurchmesser von 10 Mikrometern oder weniger
- PM2,5 entspricht 2,5 Mikrometer
- PM1 entspricht 1 Mikrometer
Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 70 Mikrometern und ist somit 30 Mal größer als das größte Feinstaubteilchen.
PM 10 und PM 2,5 stammen oft aus unterschiedlichen Emissionsquellen und besitzen auch unterschiedliche chemische Zusammensetzungen:
Emissionen aus der Verbrennung von Benzin, Öl, Dieselkraftstoff oder Holz verursachen einen Großteil der PM2,5-Verschmutzung in der Außenluft sowie einen erheblichen Anteil an PM10. Zu PM10 gehören auch Staub von Baustellen, Mülldeponien und aus der Landwirtschaft, Waldbrände und das Verbrennen von Gestrüpp und Abfällen, industrielle Quellen, vom Wind verwehter Staub von offenen Flächen, Pollen und Bakterienfragmente.
Feinstaub kann entweder direkt von Quellen emittiert werden oder in der Atmosphäre durch chemische Reaktionen von Gasen wie Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxide (NOX) und bestimmte organische Verbindungen wie Kohlenwasserstoffe (Formaldehyd, HCHO) entstehen. Erstere Feinstaubteilchen bezeichnen Experten als Primärpartikel, letztere als Sekundärpartikel.
Organischen Verbindungen stammen sowohl aus natürlichen Quellen wie Bäumen und Vegetation als auch aus vom Menschen verursachten Quellen wie Industrieprozessen und Kraftfahrzeugabgasen.
Feinstaub besteht aus mikroskopisch kleinen Feststoffen oder Flüssigkeitströpfchen, die so klein sind, dass sie eingeatmet werden und ernsthafte Gesundheitsprobleme verursachen können. Einige Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikrometern können tief in die Lunge und einige sogar in den Blutkreislauf eindringen. Von diesen Feinstaubpartikeln stellen Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern die größte Gefahr für die Gesundheit dar.
Die Exposition gegenüber solchen Feinstäuben kann lebenswichtige Organe schädigen. Zahlreiche wissenschaftliche Studien haben die Belastung durch Feinstaub mit einer Reihe von Problemen in Verbindung gebracht, vor allem mit Herz- und Lungenkrankheiten.
Zum Messen von Feinstaub-Belastungen haben sich verschiedene Methoden herausgebildet. Die wichtigsten Typen von Feinstaub-Messgeräten stellen wir Ihnen hier vor:
Luftprobenahmepumpen
Bei dieser Art Messgerät handelt es sich um eine bewährte Methode zur Entnahme von Staub-, Rauch- und Nebelproben. Solche Feinstaubmessgeräte sind häufig dort zu finden, wo Probenahmen aufgrund gesetzlicher und gesundheitlicher Anforderungen erforderlich sind. Dazu gehört zum Beispiel die Exposition eines Beschäftigten gegenüber einer bestimmten chemischen Substanz.
Für die Luftprobenahme werden eine geeignete Pumpe, eine Kassette mit Reaktionsmedium für verschiedene Inhaltsstoffe, ein Schlauch und ein Kalibrator benötigt. Sobald eine Probe entnommen wurde, wird sie zur Analyse an das Reaktionsmedium weitergeleitet.
Optischer Partikelzähler
Optische Partikelzähler erweisen sich als eine der vielseitigsten Methoden der Feinstaubüberwachung. Diese Messgeräte sind als tragbare und fest installierte Instrumente erhältlich. Sie bieten eine Überwachung der Luftqualität in Echtzeit und lösen einen optischen und manchmal auch akustischen Alarm aus, wenn Grenzwerte überschritten werden.
Zur Messung der kleinen Partikel ist in der Regel eine LED im infraroten Spektralbereich im Einsatz. Der unsichtbare Strahl ermöglicht die Analyse durch Lichtstreuung, erkennbar sind in der Regel Teilchen etwa ab der Klasse PM1. Die Partikel lassen sich oft nach ihrer Größe trennen, sodass Daten auf der Grundlage einer Gesamtprobe oder spezifisch für eine bestimmte Partikelgröße gesammelt werden können.
Häufige Einsatzbereiche für diese Feinstaubmessgeräte sind Reinräume, OP-Säle sowie jeder Arbeitsplatz, bei dem die Luftqualität in Innenräumen eine wichtige Rolle spielt.
Der Vorteil des verwendeten Sensors ist die besonders hohe Messgenauigkeit im Vergleich zu teuren auf Kondensation beruhenden Partikelzählern. Der Nachteil des Messprinzips ist eine Querempfindlichkeit gegenüber Wasserdampf oder Nebel. Diese feinen Wassertröpfchen blitzen auch bei sehr hoher relativer Luftfeuchtigkeit auf und werden als Teilchen gezählt.
Kondensationspartikelzähler
Ähnlich wie optische Partikelzähler verwenden Kondensationspartikelzähler eine Lichtquelle, um Partikel in der Luft zu zählen. Bei diesen Geräten wird allerdings ein Laser-System verwendet, das von den Teilchen gestreute Licht detektiert.
Ein weiterer Unterschied besteht in den erfassbaren Partikelgrößen, der Messbereich liegt bei vielen Feinstaubmessgeräten dieser Bauart zwischen 0,015 und 1,0 Mikrometer. Es handelt sich dabei um sogenannte ultrafeine Partikel. Ermöglicht wird die hohe Auflösung durch die Verwendung von Alkoholdampf, der auf den Partikeln kondensiert und damit eine Lichtbrechung beziehungsweise Lichtstreuung verursacht.
Haupteinsatzgebiete sind pharmazeutische Anlagen und die Filterprüfung in Verbrennungsanlagen.
Photometer
Photometer oder Nephelometer sind Geräte zur Messung von Staubpartikeln der Größenordnungen PM2,5 und PM10. Die Messmethode basiert auf einer Lichtquelle und einem lichtempfindlichen Sensor.
Im Gegensatz zu den anderen Methoden erfassen Photometer die Größe, Form, Dichte und das Reflexionsvermögen der Partikel, um die Menge zu bestimmen, die in Milligramm pro Kubikmeter gemessen wird. Mit Hilfe von Kalibrierungsfaktoren lassen sich einige Geräte an bekannte Partikeleigenschaften anpassen.
Typische Branchen für diese Feinstaubmessgeräte sind der Bergbau und die Bauwirtschaft. Der Probenahmemodus ist den meisten Geräten wählbar, üblicherweise zwischen 60-Sekunden-Probe, 15-Minuten-Probe oder kontinuierlicher Probenahme.
Bieten Photometer nur die Feinstaubmessung oder auch zusätzliche Analysen der Luft?
Die weitaus meisten Photometer sind zusätzlich mit Sensoren für die Temperatur und Feuchte der Luft ausgestattet. Diese Werte erscheinen zumeist gleichzeitig mit der aktuellen Feinstaubbelastung auf dem LC-Display.
Gibt es auch Feinstaubmessgeräte mit Datenlogger?
Messgeräte für den hochprofessionellen Einsatz sind überwiegend mit solchen Speichermöglichkeiten ausgestattet, die erfassten Daten der Luftqualität lassen sich dann zum Beispiel per USB-Schnittstelle an einen Computer übermitteln. In der Regel bieten diese Highend-Systeme auch erweiterte Messmöglichkeiten für Partikel weit unterhalb der Größe PM2.5.